红翎菜科四种海藻的系统发育进化及无性繁殖变异研究

摘要

麒麟菜属(Eucheuma)、卡帕藻属(Kappaphycus)和琼枝属(Betaphycus)在分类学上属于红藻门(Rhodophyta)，真红藻纲(Florideophyceae)，杉藻目(Gigartinales)，红翎菜科(Solieriaceae)。是主要的产卡拉胶的经济红藻，分布热带.亚热带海域。在我国，主要分布在海南岛、西沙和南沙群岛以及台湾岛等地。同时，印度尼西亚、菲律宾、马来西亚等地也是此类海藻的高产国。
　　 目前，分子生物学工具的开发与运用对于探讨生物系统进化关系以及辅助分类具有重要的应用价值。红藻门海藻的DNA序列分子系统学研究主要集中在核糖体18S与28S的非编码转录间隔区(ITS)，23S ribosomal RNA gene(UPA)(通用扩增片段)，线粒体的coxⅠ(细胞色素C氧化酶亚基1)，cox2-3片段，以及叶绿体rbcL，基因(1，5-二磷酸核酮羧化酶/氧化酶大亚基)以及与其rbcS(核基因)基因之间的片段rbc spacer等。本研究以UPA、cox2-3、rbc spacer、ITS和rbcL五种基因序列研究了琼枝Betaphycus gelatinae、长心卡帕藻Kappaphycusalvarezii、卡帕藻属未知种Kappaphycus sp.和麒麟菜Eucheuma denticulatum4种海藻的序列结构特征；琼枝属、卡帕藻属、麒麟菜属UPA片段序列长度均为326bp，GC含量在46.0％-46.3％之间；cox2-3序列长度分别为141bp、139bp、141bp，GC含量在19.3％-23.7％之间；rbc spacer序列长度分别为93bp、93bp、94bp，GC含量在22.3％-23.7％之间；ITS序列长度分别为1024bp、629bp-669bp、1001bp，GC含量在45.2％-52％之间；rbcL序列长度均为1467bp，GC含量在37.1％-37.6％之间。利用PAUP4.0软件，对红翎菜科海藻进行系统发育分析，用邻接法(NJ)、最大似然法(ML)和最大简约法(MP)建立系统发育树，聚类结果均支持所有样品分为琼枝属、麒麟菜属和卡帕藻属三个属，不同属海藻聚类在不同的分支，同种属海藻优先聚类在一起。此外，本文在分析基因序列的基础上，挖掘了种属间特有的信息位点，UPA基因的属间信息位点共13个，种间信息位点共1个；cox2-3基因片段分别为59个和3个；rbc spacer基因片段分别为16个和1个；ITS基因片段的5.8S序列属间信息位点共5个；rbcL基因的属间信息位点为161个，种间信息位点为9个。以上结果填补了GenBank数据库中琼枝数据的空白，同时为数据库增添了新的研究数据，为日后的研究提供了可靠依据。
　　 转座现象是引起物种无性繁殖系表观遗传变异的一个重要的机制。反转录转座子在真核生物中以很高的数量广泛的分布着。反转录转座子微卫星扩增多态性(retrotransposon-microsatellite amplifled polymorphism，REMAP)是一种操作简单、多态性丰富、检测效率高的分子标记技术。本研究首次对琼枝属、卡帕藻属和麒麟菜属的共4种海藻开展了REMAP标记研究，共筛选了20对引物，对5个不同群体共24份样品进行分析。研究显示，REMAP分子标记技术对5个群体的所有个体均有较好的扩增效果，共扩增出500个位点，且均为多态性位点。五个种群的遗传距离在0.4861-0.7497之间。运用Arlequin软件分析显示支持群体变异的群体内和群体间的贡献率分别为7.38％和92.62％，群体间的遗传差异明显高于群体内部，表现出极高的种群分辨率。UPGMA聚类分析结果显示，REMAP标记能够明显地将5个群体分开，来自同一群体的样品均聚在一起，具有较高的群体间特异性，主要来源于其群体连续的无性繁殖栽培过程；进一步对3株长心卡帕藻4个不同组织部位的REMAP标记多态性，结果表明，不同组织部位间有效多态位点比例平均为26.65％，进一步证实无性繁殖(营养生长)中存在着变异，且其可能与逆转录转座子的活动有关。